Следящая система

СОЮЗ СОВЕТСНИХссцн ламетижРЕСПУБЛИН зло С 05 В 1/О ГПФ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯй 1-.Диод,АВТОРСН СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬ(56) 1, Авторское свидетельство СССР Иф 689897, кл. С 05 В 11/О 1, 1979.2, Авторское свидетельство СССР В 328424, кл. С 05 В 11/ 12, 1970.3. Авторское свидетельство СССР В 857926, кл. С 05 В 11/01, 1979 (прототип).(54)(57) СЛЕДЯШАЯ СИСТЕМА, содержащая первое корректирующее устройство и . последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, усилитель, первый коммутатор, второй сумматор и формирователь сигнала управления, выходом подключенный к входу объекта регулирования, выходом подключенного через последовательно соединенные второе.80110 858 А корректирующее устройство и второйкоммутатор к второму входу второгосумматора, а через блок главной обратной связи - к второму входу первого сумматора, выходом соединенногос первым входом устройства управления, первым выходом соединенного стретьим входом второго сумматора,а вторым выходом - с управляющимвходом первого коммутатора и первымуправляющим входом второго коммута"тора, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения быстродействия системы, в ней вход второго корректирующего устройства соединен свыходом первого сумматора, первыйвыход - с четвертым входом второгосумматора и с вторьи управляющимвходом второго коммутатора, второйвыход - с вторым входом первого корректирующего устройства.1105858 Составитель Ю.Гладвьдкая Техред И.Асталош акт Тираж 84 Заказ 5600 Подписноекомитета СССРи открытийская каб., д,4/5 осударственного лам изобретений сква, Ж, Рау Ф 11 лиа ППП "Патент" Ужгород, ул.Проектная ВПИИП по 113035, ректор О.Била1 1105Изобретение относится к следящимсистемам, на вход которых поступаютмедленно меняющиеся, быстро нарастающие и ступенчатые задающие,воздействия с различной крутизной переднегофронта, и может быть использовано вмашиностроении и химико-технологической промышленности.Известна следящая система, содержащая последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, усилитель,второй сумматор, первый коммутатор,третий сумматор, формирователь сигнала управления и объект регулирования, выход которого через последовательно включенные первое корректирующее устройство и второй коммутаторсоединен с вторым входом третьегосумматора, а через блок главной обратной связи - с вторым входом первого сумматора, первый вход которогочерез последовательно соединенныевторое корректирующее устройство итретий коммутатор соединен с вторымвходом второго сумматора, управляющие входы коммутаторов соединены ссоответствующими выходами блока уп"равления, в качестве которого применяются различного рода нелинейныекорректирующие устройства. В таких 30следящих системах дополнительно вво-едится управляющая связь по входномувоздействию в виде корректирующегозвена, формирующего производные повходному воздействию для повышенияпорядка астатиэма системы11,858 Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является следящая система, содержащая последовательно соединенные задатчик, первый сумматор, усилитель, второй сумматор, первый коммутатор, третий сумматор и формирователь сигнала управления, выход которого через последовательно включенные первое корректирующее устройство и второй коммутатор соединен с вторым входом третьего сумматора, а через блок главной обратной связи - с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с первым входом устройства управления, вторым входом соединено с выходом задатчика и входом второго корректи" :рующего устройства,а первым выходом - с третьим входом третьего сумматора,а вторым выходом - с управпяющими входами первого и второго коммутаторов, а выход второго корректирующего устройства соединен с вторым входом второго сумматора, причем в состав устрой,ства управления известной системы входят два мультивибратора с отрицаНедостатком известной системыявляется ее низкое быстродействие при медленно меняющихся задающих воздействиях.40Известна также следящая система, обладающая повышенной точностью и быстродействием в переходных режимах при отработке ступенчатых входных воздействий различной амплитуды.Эта система содержит последовательно соединенные элемент сравнения, предварительный усилитель, сумматор, исполнительный блок и объект, охваченный цепью единичной обратной связи, причем один из выходов элемента сравнения соединен с внешним источником управляющего воздействия, а также устройство управления, первый вход которого также соединен с внеш ним источником управляющего воздействия, второй вход - с выходом элемента сравнения, а выход соединен с вторым входом сумматора, В состав устройства управления известной системы входят два мультивибратора с отрицательным выходным импульсом, два мультивибратора с положительным выходным импульсом, блок селекторов и ключ, при этом вход системы через ключ связан с первым входом блока селекторов, через последовательно соединенные мультивибратор с отрицательным выходным импульсом и мульти- вибратор с положительным выходным импульсом связан с вторым входом блока селекторов, а через другие последовательно соединенные мультивибратор с положительным выходным импульсом и мультивибратор с отрицательным выходным импульсом связан с входом (третьим) блока селекторов, выход которого подключен к входу сумматора, а четвертый и пятый входы - к общим клеммам соответствующей пары мультивибраторов, причем вход предварительного усилителя соединен с блоком селекторов через упомянутый ключ 2.Недостатком этой системы является низкая точность при ступенчатом задающем воздействии, что значительно 1снижает область ее применения,т.е. позволяет применять известную систему только в машиностроении.110585 тельным выходным импульсом, два мультивибратора с положительным выходным импульсом, селектор и ключ, при этом выход первого сумматора системы через ключ связан с первым входом блока селекторов, через последователь но соединенные первый мультивибратор с отрицательным выходным импульсом и первый мультивибратор с положительным выходным импульсом связан с вто 1 ОФ рым входом селектора, а через последовательно соединенные второй мульти- вибратор с положительным выходным импульсом и второй мультивибратор с отрицательным выходным импульсом свя 15 зан с третьим входом селектора, первый выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора системы, а четвертый и пятый входы - к общим клеммам соответствующей пары мультивибраторов, причем выход ключа соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов 13 1.Известная система обеспечиваетдостаточную точность и быстродействие25 при отработке медленно меняющихся и ступенчатых задаЮщих воздействий. Для отработки ступенчатых входных воздействий в ней вырабатываются корректирующие импульсы, последовательность и длительность которых определяются свойствами. объекта регулирования и амплитудой ступеньки входного сигнала. Однако ступенчатые входные сигналы обычно имеют определенной 35 длительности передний фронт. В этом случае в начальный момент нарастания входного сигнала нельзя определить конечную амплитуду ступеньки и выработать требуемую последовательность 4 О корректирующих импульсов, что вносит неопределенность в работу следящей системы, снижая тем самым надежность системы. Кроме того, известная система обладает низким быстродействием 45 при отработке быстро нарастающих задающих воздействий. Целью изобретения является повышение быстродействия системы,Поставленная цель достигаетсятем, что в следящей системе, содержащей первое корректирующее устройство и последовательно соединенные за. -датчик, первый сумматор, усилитель,первый коммутатор, второй сумматори формирователь сигнала управлеНия,выходом подключенный к входу объектарегулирования, выходом подключенного1 через последовательно соединенные второе корректирующее устройство и второй коммутатор к второму входу второго сумматора, а через блок главной обратной связи - к второму входу первого сумматора, выходом соединенного с первым входом устройства управления, первым выходом соединенного с третьим входом второго сумматора, а вторым выходом - с управляющим. входом первого коммутатора и первым управляющим входом второго коммутатора, вход второго корректирующего устройства соединен с выходом первого сумматора, первый выход - с четвертым входом второго сумматора и с вторым управляющим входом второго коммутатора, а второй выход - с вторым входом первого корректирующего устройства.На фиг.1 представлена блок-схема следящей системьг на фиг.2 - то же, устройства управления; на фиг.3 - то же, первого корректирующего уст" ройства; на фиг.4 - то же, системы в установившемся режиме.На фигурахприняты следующие обозначения: задатчик 1, первый 2 и второй 3 сумматоры, усилитель 4, первый 5 и второй .6 коммутаторы, формирователь сигнала управления 7, объект регулирования 8, блок главной обратной связи 9, второе корректирующее устройство 10, устройство управления 11, первое корректирующее устройство 12, ключ 13, селектор 14, первый, второй, третий, четвертый мультивибраторы соответственно 15, 16, 17, 18,нуль-орган 19, логический блок 20, релейный блок 21, дифференциатор 22, О; - сигнал на выходе 1-го функционального блока.Устройство управления 1 1 представляет собой нелинейное устройство, в состав которого входят ключ 13, селектор 14, мультивибратор 15, ге" нерирующий положительный импульс при положительном скачке сигнала 02, мультивибратор 16, генерирующий отрицательный импульс при положитель" ном скачке сигнала О , мультивибратор 17, генерирующий импульс отрицательной полярности при отрицатель-, ном скачке сигнала 0, мультивибратор 18, генерирующий импульс положительной полярности при отрицательном скачке ОВторое корректирующее устройствотакже представляет собой нелинейное устройство, в состав которого входят нуль-орган 19, обеспечивающий формирование импульса при значении произ" 5 водной сигнала Ог равной нулю, цифференциатор 22, формирующий произ" водную сигнала 0 г , логический блок 20, Формирующий положительный импульс ,в зависимости от условий, накладываемых на величины сигнала Ог и его производной, релейиый блок 21, вырабатывающий корректирующий сигнал Ог положительной или отрицательной полярности.Данная следящая система реализуетследующий закон регулирования=К+ С 1) 20где- управляющий сигнал,Е " сигнал рассогласования,"С - постоянный сигнал,К " коэффициент передачи системы, 75 причем величина коэффициента передачи системы К изменяется в зависимости от величины сигнала рассогласования с и его первой производной Е . Коэффициент передачи К может принимать три значения, соответствующих режимам работы системы.при медленно меняющихся задающих воздействиях, быстро нарастающих фронтах скачкообразных задающих воздействий и собст 35 венно скачкообразном задающем воздействии. При наличии быстро нараста-. ющих фронтов скачкообразных задающих воздействий быстродействие близкое к оптимальному в предлагаемой системе обеспечивается за счет изменения величины коэффициента передачи 4 и величины постоянного сигнала С в законе управления ( 1) в зависимости от условий, накладываемых на значения сигнала рассогласования Е и его первой производной Е . Изменение величин коэффициента передачи К и постоянного сигнала С в системе осуществляется с помощью устройства управле 50 ния 11, первого корректирующего устройства 12 и коммутаторов 5 и 6.Алгоритм работы логического блока20 первого корректирующего устройства12. т,е. зависимость его выходного 55. сигнала Ог от трех его входных сиг-налов О О 0 имеет следующийЯ г 19внд:-1, если -0 О О и 0 -0 иг Аоп г г гАоп0:01 или 10 (-0 иО "О к 0:О),191 гдоп 7 Аоп г 19 Управляющий импульсный сигнал 019формируемый в момент выполнения условия Ог - 0 , является кратковременным, Длительность и амплитуда импульса сигнала 0 выбираются так,чтобы обеспечить срабатывание конструктивных элементов, применяемых припостроении системы.В момент включения системы в раФботу, т.е. кОгда Ог-О и 0 :О, устройство управления 11 и первое корректирующее устройство 12 выключены,так как сигналы на их выходах равнынулю. При изменении состояния системыпервое корректирующее устройство12 включается в работу при выполненииследующих условий:О 0 40, и 0)О и 0 =О или2 7 Аоп 2 7 Аоп 19"О 64 О (О и О (-О и ОщтОили02(-02 О О и О:О,2 2 доп г 19 а устройство управления 11 при выполнении следующих условий: 0 О 1 О, О Алгоритм работы коммутатора 5,т.е.зависимость его выходного сигналаот двух его входных сигналов 0и Оимеет следующий вид:0 если 0 з -01 ЗО если 0 ФО О, если 01 з =О и 1,0 =0 ил 0,0;Ь0 если 0 0 и 0 0,10 1 з 21 С помощотключаетс о коммутатора 5силителя 4 от вхоперв выход Алгоритм работы второго коммутато;ра 6, т.е. зависимость его выходного сигнала ЦЬ от трех его входных сигналов 0 , 0 , О , имеет следующий1 З ф ггпу 1 офвид:2 1 2 доп О 2-О 5 О, если О фо а коммутатора 6:. или О ФО;2130О,б ронтеигнала О 50О первогвого-кор- поступает скачкооб задатчик го сумма ректирую на диффе логическ ференциа ональный матора 2 с вь ии входода дифпропорциа О сумы нульормиост вани выра 9 1105 12 на вторые входы первого 15, третьего 17 мультивибраторов и ключа 13 устройства управления. 11, Ключ 13, запускаемый в работу импульсным сигналом О, не формирует на своем выходе импульсного сигнала Ц , так как он настроен на выдачу выходного сигнала при О )ъ О . При отсутствии импульсного сигнала О на первом входе селектора 14 он не включается 1 О в работу. Это исключает появление на первом выходе устройства управления сигнала О , т,е. из работы системы исключается устройство управления 11. Кроме того, при отсутст вии импульсного сигнала 01 на втором выходе устройства управления 11 коммутатор 5 остается во включенном состоянии, а коммутатор б выключен. Это является результатом того, что 20 коэффициент передачи коммутатора 5 принимает следующие значения:1, если О:0; О, если О =О и (О =0 Ю: 6 1, если О фО и 02115 где %5, %6 - коэффициенты передачикоммутаторов 5 и 6.Таким образом, при медленно меня ющихся выходных сигналах О задатчика 1 следящая система работает так, что первое 12 и второе 10 корректиру- ющие устройства и устройство управления 11 не вносят дополнительной ин формации в замкнутый контур регулирования следящей системы (фиг.4). Ошибка системы, обусловленная медленно меняющимися входными воздействиями, определяется параметрами замкнутого 45 контура, которые могут быть выбраны так, чтобы эта ошибка была минимальной. ыстро нарастающем ф разного выходного с а 1 выходной сигнал тора через вход пер щего устройства 12 енциатор 22 и трет ого блока 20. С вых тора 22 сигнал 022производной сигнал поступает на выход 858 10органа 19 и логического блока 20.Если значения выходного сигналасумматора 2 и его производной удов- летворяют условию 00 (О и О О ) или(0 )О иг гДОп 2 24 оог гдооО О);02 д 40 (О и О (-О ) илиг гноиО (.О и 0 (о), (21 а импульсный сигнал О с нуль-ор -15гана 19 не формируется, то логичес-кий блок 20 формирует положительный или отрицательный импульсный сигнал 02 о, соответствующий нарастанию фронта выходного сигнала О 2 сумматора 2 или его убыванию, В соответствии с этим релейный блок 21 формирует корректирующий импульсный сигнал 021 соответствующей полярности, направленный на ликвидацию ошибки системы. этот сигнал О 21 с первого выхода первого 5 корректирующего устройства 12 поступает на второй вход второго коммутатора 6. На первый вход второ. го коммутатора б импульсный сигнал 01 с второго выхода устройства управления 11 не поступает, так как управляющий импульсный сигнал О на выходе нуль-органа 19 не формируется и не включает ключ 13 в работу и несмотря на то, что в соответствии с условиями (2) может быть справедливо неравенство )О )О . В свою очередь ключ 13 не формйрует на своем выходе импульсный сигнал 01, в результате чего коммутатор 6 отключен. Таким образом, из основного контура регулирования системы исключаются второе корректирующее устройство 10 и устройство управления 11, Корректирующий импульсный сигнал О 2 соответствующей полярности поступает также на четвертый вход второго сумматора 3. Суммарный сигналО=К О +О, ()( - коэффициент усиления усилиЧтеля 4,ода второго сумматора 3 черезрователь сигнала управления 7пает на вход объекта регулиро 8. Дополнительный сигнал О, венин (3) уже в начальный момент15 11 11058 регулирования обеспечивает в системе максимальную эффективность использования управляющего воздействия, направленного на ликвидацию ошибки системы. Длительности корректирующего импульсного сигнала 021 и импульсно го сигнала, формируемого логическим блоком 20, равны. Их длительность определяется изменением по эакону регулирования (3) величин выходного О сигнала 02 первого сумматора 2 его рдй 02 . Каквыполняется условие/с выхода нуль-органа 19 импульсньй сигнал ц поступает на второй вход19логического блока 20, который прекра щает формирование выходного импульсного сигнала 0 . Этим определяется20окончание корректирующего импульсного сигнала О 2 и выключение первого21корректирующего устройства 12.При выполнении условия (4) система,переходит в описанньй режим работы при медленно меняющихся входных воздействиях.При выполнении условия (5) система включается в режим отработки ступенчатого задающего воздействия. В этом режиме с выхода нуль-органа 19 поступает импульсный сигнал 01 З через второй выход первого корректиру 35 ющего устройства 12 на вторые входы первого 15,третьего 17 мультивибраторов и ключа 13 устройства управления 11. Ключ 13 имеет два входа, яа первый из которых в рассматриваемом реЩ жиме поступает выходной сигнал 02сумматора 2, причем 0 02 , а на второй - импульсный сигнал 1115 . на выходе ключа 13 вырабатывается импульсный сигнал 01 для селектора45 14. Длительность импульсного сигнала О на входе ключа 13 определяется13переходным процессом в системе, временем от момента начала работы уст. ройства управления 11, когда выпол 50 нено условие (5), и до момента, когда 1021 02 опСелектор 14 имйег пять входов и один выход. На его первый вход поступает импульсньй сигнал О с выхода 5 ключа 13, на остальные входы - сигна" лы с выходов четырех мультивибраторов 15-18. В селекторе 14, состоящем из четырех униполярных диодных мажоритарных элементов, сигналы с выходовмультивибраторов 15-18 модулируютсяпо амплитуде в зависимости от величи"ны выходного сигнала 02 первого сумматора, соответствующего скачку задающего воздействия. В момент выполнения условия (5) на выходе ключа13 формируется импульсный сигнал О,по длительности пропорциональныйамплитуде выходного сигнала 02 первого сумматора 2, и подается на первыйвход селектора 14. Одновременно сэтим, например, для положительногоскачка задающего воздействия при наличии сигналов 02 и Оз мультивибратор 15 формирует импульсный сигналО 5 положительнои полярности,поступает на селектор 14. Там он модулируется по амплитуде в зависимости от величины выходного сигналапервого сумматора 2, соответствующегоскачка задающего воздействия, С выхода селектора 14 модулированный импульсный сигнал ц через первыйвыход устройства управления 11, сумматор 3 и формирователь сигнала управления 7 поступает на вход объектауправления З.Длительность одного им"пульса модулированного импульсногосигнала О 1 равна или больше половины длительности одного импульса импульсного сигнала 01 . Импульс выходного сигнала 01 мультивибратора15 своим задним фронтом запускаетмультивибратор 16, на выходе которого формируется импульсный сигнал 0Этот сигнал 01 через селектор 14также поступает в замкнутый контуррегулирований следящей системы.Мультивибраторы 17 и 18 служат для коррекции переходных процессов в системе при отрицательных скачках задающего воздействия. Кроме того, импульсный сигнал 01 с выхода ключа 13через второй вйход устройства управления 11 поступает на управляющие входы коммутаторов 5 и 6. С помощью коммутатора 5 отключается выход усилителя 4 от первого входа второго сумма.тора 3, чем исключается влияние выходного сигнала О первого сумматора2, усиленного усилителем 4, на импульсный сигнал 111 . Это приводит ктому, что импульсы сигнала 0 вразличные моменты времени работы системы становятся одинаковыми по амплитуде, что в свою очередь обеспечивает131105 более быстрое окончание переходного процесса в цепи, состоящей иэ формирователя сигнала управления 7, объекта регулирования 8 корректирующего устройства 10, коммутатора 6 и сумматора 3. Образование такой цепи свячано с тем, что коммутатор 6 прн выполнении условий ОО и 0 ФО замыкает цепь местной обратной. связи, т.е. подключает выход корректирующе О го устройства 10 к второму входу второго сумматора 3, и оптимизируемым в предлагаемой системе выступает на весь замкнутый контур следящей системы, а формирователь сигнала управле ния 7 и. объект регулирования 8, охваченные местной отрицательной обратной связью, - через второе корректирующее устройство 10. Передаточная функция оптимизируемой части следящей систе мы определяется выражениемф 7 ) В( )фв( )" 1+% (5)%5)9l (5)7 в И25 где Ф (51 - передаточная функцияформирователя сигналауправления 7;Э (51 - передаточная функция9объекта регулирования830Э%вб) - передаточная функциякорректирующего устройства 10 в цепи местной обратной связи;5 - оператор Лапласа. 5Передаточная функция Що 5) выбирается таким образом, чтобы оптимизируемая часть следящей системы с передаточной функцией Щ, (51 была проще с точки зрения достижения оп тимальности по быстродействию,т.е. чтобы корни уравнения1+% (5) а (,5) % 5) = Обыли отрицательными и большими по абсолютной величине, Тогда регулиру 14858емая величина, т.е. выходной сигнал0 объекта регулирования 8, быстреедостигает значенияЪ;1цв +Я е , (а)где- значение сигнала Ов в мо"мент выполнения условия02 Арр) И ( 0 40й " число корней уравнения-й отрицательный кореньуравнения (7)А, - начальное значение.Из выражения (8) видно, что чем больше по абсолютной величине корнитем быстрее сигнал 08 стремится.к ф . Кроме того, оптимизируемая часть следящей системы с передаточной функцией Ф (5) значительно проще, чем весь замкнутый контур следящей системы с предварительным усилителем 4 и сумматором 2, что втрое упрощает устройство управления 11. Как только значение выходного сигнала 08 объекта регулирования достигает величины , т.е. выполняется условие Ог)с)(гд ) и 10 О следящая система переходит в режим работы, аналогичный работе системы при медленно меняющихся задающих воздействиях.Таким образом, предлагаемая следящая система позволяет, наряду с отработкой медленно меняющихся задающих воздействий, обеспечить оптимальную по быстродействию отработку ступенчатых задающих воздействий, для которых конечное значение ступеньки в начальный момент неизвестно из-за наличия переднего фронта, что позволяет повысить надежность следящей системы. Кроме того, уменьшается время переходногр процесса следящей системы и повышается ее быстродейст 1 вие примерно на 15-207